水泥厂PLC的抗干扰问题

　　1 概述                     
　　近年来，PLC控制技术在水泥工业生产中得到了越来越广泛地应用。但由于现场使用环境一般比较恶劣，如水泥厂中有许多大功率的交、直流电动机，在启动和停止的过程中使电网电压波动较大，同时在环境中产生大量的电磁干扰，PLC在这样的供电网络和使用环境中，其工作稳定性受到影响。因此，如何解决PLC在实际应用中的抗干扰问题，使其不受外界环境的干扰而稳定工作，从而保证生产线的正常运行，是一个至关重要的问题。

　　一般而言，在有用信号上叠加并产生的畸变信号即为干扰信号。干扰又有内部干扰和外部干扰之分。内部干扰即为柜内元器件在工作中产生的干扰，如PLC本身的抗干扰性能，断路器及交流接触器在通断时产生的飞弧，小型继电器频繁的动作等都对系统运行有一定的影响。这属于器件选型、PLC接口设计、柜内合理布线应考虑的问题。外部干扰是指在生产环境中通过空间辐射和感应，由电源线、控制线、信号线及地线导入的杂散信号对有用信号的干扰。如大的动力设备和起动装置在工作过程中产生的尖峰电流对电网电压的影响。同时电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射，磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波等都会影响系统可靠地运行。本文将对几种主要的干扰问题及措施进行探讨。
 
　　2 强电干扰
　　现场引起的干扰情况比较复杂，原因很多，要解决干扰问题，首先要找出引起干扰的原因，然后针对问题加以解决。有些干扰可以在事后想办法解决，而有些干扰必须事前周密考虑加以实施，否则事后解决就会非常麻烦。如仪表信号、PLC控制信号都为弱电，易受强电干扰。所以在柜外布线时要严格按要求施工，在采用电缆沟、电缆桥架、穿管等敷设方式时，将通讯线、信号线、控制线等弱电信号远离强电，其间距最好要大于20cm。电缆沟采用多层敷设时，要将弱电电缆敷设在强电电缆的下方。否则由于布线错误导致干扰，在现场重新布线会存在很大困难，有时侯条件根本就不允许。
 
　　3 柜内干扰
　　在设计与元器件选型时就要充分考虑可能存在的干扰问题。如采用对电网冲击小的启动方式，选用灭弧性能好的断路器及接触器，使起动装置分断能力强、灭弧快、飞弧距离小。

　　PLC不能和高压电器安装在同一个控制柜内。在低压柜内PLC的安装应远离大功率器件，在柜内走线时，最好将PLC的I/O线、信号线与动力线分开走线。如必须在同一线槽内，应分开捆扎交流线、直流线。若走线混乱，会引起设备的误动作，给检查带来相当大的麻烦。所以在控制柜设计时要充分考虑这种情况，只有器件摆放合理，走线清晰，才能最大限度的减少各种干扰。
PLC的输出采用小型中间继电器实现对外部开关量的隔离。如果受现场条件限制，输入信号线不能与强电电缆有效隔离，可以用小型继电器的触点来隔离输入端的开关量信号。控制柜内有很多信号线，不同的信号线最好不用同一个插接件转接，以减少相互干扰。与PLC安装在同一个柜子内的电感性负载，如交流接触器、小型继电器的线圈，应在其两端并接阻容吸收器(RC)消弧电路。使柜内干扰减少到最低程度。
 
　　4信号线的抗干扰
　　信号线承担着PLC与上位机信息交换、数据采集的传输任务。因此，传输质量的好坏直接影响到整个系统控制的准确性、可靠性和稳定性。对信号线的干扰主要是来自空间的电磁辐射，有共模干扰和差模干扰两种：
 
　　4.1共模干扰
　　共模干扰是指信号线上共有的干扰信号，一般是由控制系统的接地端与被测信号的接地端存在一定的电位差引起的。这种干扰在两条信号线上的周期、频率等基本相同，应采取如下措施来消除或抑制干扰：

　　（1）采用双差分输入的差动放大器，这种放大器具有很高的共模抑制比；
　　（2）输入线采用绞合线，因绞合线能降低共模干扰，其感应互相抵消；
　　（3）采用光电隔离的方法，可以消除共模干扰；
　　（4）采用屏蔽线对信号隔离，并单边接地；
　　（5）对于距离较远传输的信号，要注意阻抗匹配问题，以避免信号失真。
 
　　4.2差模干扰
　　差模干扰是指叠加在测量信号线上的干扰信号，其来源一般是耦合引起的干扰。这种干扰大多是频率较高的交变信号，抑制干扰的方法有：

　　（1）选用双积分式A/D转换器，因为这种积分器的工作特点具有一定的消除高频干扰的作用；
　　（2）在输入回路加装RC滤波器或双T滤波器，以消除高次谐波；
　　（3）尽量将电压信号转换成电流信号再传输。

　　另外，正确、良好的接地，可以将混入电源和I/O电路的干扰信号引入大地，消除或减少干扰对系统的影响，这是安全保护和抑制噪声的重要手段，对提高系统的可靠性及稳定性尤为重要。为了尽量减少电磁噪声产生的干扰，在电源回路和控制回路分别设置接地极。所有接地线不可形成接地回路，屏蔽层、数字信号地可以接于控制回路接地极，为防止形成回路，屏蔽层应单端接地。控制器的接地线与电源线、动力线要分开，严禁与其他设备串联接地。
 
　　5 变频器的干扰
　　变频器在启动和运行过程中产生的谐波对电网造成干扰，使电网电压产生畸变，从而影响了电网的供电质量，同时变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常运行，特别是对PLC控制系统影响较大。对于变频器产生的干扰处理起来比较麻烦，一般有以下几种：

　　5.1合理布线
　　安装时要将变频器散热器、电源中性线、变频器外壳和中性端、电机外壳和Y型接法中性端要可靠的接于电源回路接地极上，并避免形成“地环路”。变频器的接地电阻越小越好，接地导线截面积应大于4mm²，长度最好控制在20m以内。并注意控制器的接地线与电源线、动力线分开，为防止对信号的干扰，通讯管路最好采用全程金属管或金属软管。

　　5.2加隔离变压器
　　主要是针对来自电源的传导干扰，这样做可以将大部分传导干扰阻隔在隔离变压器之前。同时对电源电压还兼有变换的作用。

　　5.3净化输入电源
　　一般情况下，水泥厂的大型电机在启动时会造成电网电压的下降，而在停机时由于大电感的作用，又会使电网电压突升，因而对PLC系统的正常运行产生不利影响。可通过加交流稳压电源或采用独立的电源(即从低压配电室母线上直接取电源)来解决，以消除因电网电压波动对系统造成的干扰。

　　5.4使用滤波器
　　滤波器分有源和无源两种，一般采用无源滤波即会产生较好效果。这些滤波器有较强的抗干扰能力，其抑制了电压的快速变化，而且还降低了漏电流和高频辐射，同时还能防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

　　5.5使用电抗器。
　　在断路器与变频器之间增加交流电抗器，用于改善输入功率因数，降低高次谐波及抑制电源浪涌；在变频器上P1、P+ 端接直流电抗器，用于改善功率因数，抑制尖峰电流；在变频器到电动机之间增加输出交流电抗器，用于抑制变频器的发射干扰和感应干扰，抑制电动机电压的振动。
 
　　6 结束语
　　由于现场干扰情况错综复杂，干扰源五花八门。但只要我们在系统设计、元器件选型、现场施工、设备调试等工作中周密考虑、认真对待，并采取相应的抗干扰措施，就能够将现场干扰降到最低限度，使PLC控制系统安全、可靠、稳定的运行。